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o型密封圈槽深及槽宽

O型密封圈的沟槽设计包括确定槽的形状、尺寸、精度和表面粗糙度等。o型密封圈槽深及槽宽需要根据工况设计而定。
o型密封圈沟槽的尺寸:槽底直径/1.04(拉伸率按4%计算)=O型圈内径bai;槽深*1.2(压缩率按20%计算)=O型圈线径;考虑到压缩后O型圈截面会变型铺开,槽宽一般为线径的1.3倍左右。


o型密封圈装入密封沟槽后,其横截面产生压缩变形。变形后的宽度及其与轴的接触宽度都和O形圈的密封性能和使用寿命有关,其值过小会使密封性受到影响;过大则增加摩擦,产生摩擦热,影响O形圈的寿命。

o型密封圈变形后的宽度BO(mm)与O形圈的压缩率W和截面直径dO有关,可用下式计算

BO={1/(1-W)-0.6W}dO (W取10%~40%)

O形圈与轴的接触面宽度b(mm)也取决于W和dO:

b=( 4W2+0.34W+0.31)dO ( W取10%~40%)

对摩擦力限制较高的O形圈密封,如气动密封、液压伺服控制元件密封,可据此估算摩擦力。

O形密封圈的压缩量与拉伸量是由密封沟槽的尺寸来保证的,O形密封圈选定后,其压缩量、拉伸量及其工作状态由沟槽决定,所以,沟槽设计与选择对密封装置的密封性和使用寿命的影响很大,沟槽设计是O形圈密封设计的主要内容。

密封沟槽设计包括确定沟槽的形状、尺寸、精度和表面粗糙等,对动密封,还有确定相对运动间隙。沟槽设计原则是:加工容易,尺寸合理,精度容易保证,O形圈装拆较为方便。常见的槽形为矩形槽。
 

1)o型密封圈沟槽形状

矩形沟槽是液压气动用O形密封圈使用最多的沟槽形状。这种沟槽的优点是加工容易,便于保证O形密封圈具有必要的压缩量。除矩形沟槽外,还有V形、半圆形、燕尾形和三角形等型式的沟槽。

三角形沟槽截面形状是以M为直角边的等边直角三角形。截面积大约为O形圈截面面积的1.05~1.10倍。三角形沟槽式密封装置在英国、美国、日本等国家均有应用。设计的原则是O形密封圈内径的公称尺寸相等。

密封沟槽即可开在轴上,也可开在孔上;轴向密封则沟槽开在平面上。
 

2)o型密封圈槽宽的设计

密封沟槽的尺寸参数取决于O形密封圈的尺寸参数。

沟槽尺寸可按体积计算,通常要求矩形沟槽的尺寸比O形圈的体积大15%左右。这是因为:

a.O形圈装入沟槽后,承受3%~30%的压缩,而橡胶材料本身是不可压缩的,所以应有容纳O形圈变形部分的空间。

b.处于油液中的O形圈,除了存在由于油液的浸泡而可能引起的橡胶材料的膨胀外,还有可能存在随着液体工作温度的增高,而引起橡胶材料的膨胀现象。所以沟槽必须留有一定的余量。

c.在运动状态下,能适应O形圈可能产生的轻微的滚动现象。一般认为,装配后的O形密封圈与槽壁之间留有适当的间隙是必要的。但是这个间隙不能过大,否则在交变压力的作用下就会变成有害的“游隙”,而增加O形圈的磨损。

槽不宜太窄,如果O形圈截面填满了槽的截面,那么运动时的摩擦阻力将会特别大,O形圈无法滚动,同时引起严重的磨损。槽也不宜过宽,因为槽过宽时O形圈的游动范围很大,也容易磨损。特别是静密封时,如果工作压力是脉动的,那么静密封就不会静,它将在不适宜的宽槽内以同样的脉动频率游动,出现异常磨损,使O形圈很快失效。

O形圈的截面面积至少应占矩形槽截面面积的85%,槽宽必须大于O形圈压缩变形后的最大直径。在许多场合下保证取槽宽为O形圈截面直径的1.1~1.5倍。当内压很高时,就必须使用挡圈,这时槽宽也应相应加大。

工作方式不同,径向密封或轴向密封,动密封或静密封,液压密封或气动密封,密封沟槽尺寸不同。我国O形圈密封圈与密封沟槽尺寸系列根据国家标准GB/T3452.3—1988),也可根据对根据对密封圈压缩量与拉伸量的要求计算设计沟槽尺寸。
 

3)o型密封圈槽深的设计

沟槽的深度主要取决于O形密封圈所要求的压缩率,沟槽的深度加上间隙,至少必须小于自由状态下的O形圈截面直径,以保证密封所需的O形圈压缩的变形量。

O形圈压缩变形量由O形圈内径处的压缩变形量δ’ 和外径处的压缩变形量δ’’ 组成,即 δ=δ’+δ’’。当δ’=δ’’时,O形圈的截面中心与槽的截面中心重合,两中心圆的圆周相等,说明O形圈安装时未受到拉伸。如果δ’>δ’’,则O形圈截面中心圆的周长小于槽中心圆的周长,说明O形圈以拉伸状态装在槽内;若δ’<δ’’,则O形圈截面中心圆的周长大于槽的截面中心圆周长,此时,O形圈受周向压缩,拆卸时,O形圈会出现弹跳现象。

设计槽深时,应首先确定O形圈的使用方式,然后再去选定合理的压缩变形率。

4)o型密封圈槽口及槽底圆角的设计

沟槽的外边口处的圆角是为了防止O形圈装配时刮伤而设计的。它一般采用较小的圆角半径,即r=0.1~0.2mm。这样可以避免该处形成锋利的刃口,O形圈也不敢发生间隙挤出,并能使挡圈安放稳定。

沟槽槽底的圆角主要是为了避免该处产生应力集中设计的。圆角半径的取值,动密封沟槽可取R=0.3~1mm,静密封沟槽可取其O形圈截面直径的一半,即R=d/2。

5)o型密封圈间隙

往复运动的活塞与缸壁之间必须有间隙,其大小与介质工作压力和O形圈材料的硬度有关。间隙太小,制造、加工困难;间隙太大,O形圈会被挤入间隙而损坏。一般内压越大,间隙越小;O形圈材料硬度越大,间隙可放大。当间隙值在曲线的左下方时,将不发生间隙咬伤即“挤出”现象。

间隙的给定数值与零件的制造精度有很大关系。

6)o型密封圈槽壁粗糙度

密封沟槽的表面粗糙度,直接影响着O形圈的密封性和沟槽的工艺性。静密封用O形圈工作过程中不运动,所以槽壁的粗糙度用Ra=6.3~3.2μm,对于往复运动用O形圈,因常在槽内滚动,槽壁与槽底的粗糙程度应到低一些,要求在Ra=1.60μm以下。旋转运动用的O形圈一般在沟槽内是静止的,要求轴的粗糙度Ra=0.40μm或者抛光。


4、o型密封圈挡圈

着压力的增加,O形圈与挡圈互相挤压。由于它们是弹性体,两者同时发生变形,此变形首先向它们的上下两角扩展,直到压力超过10.5MPa。这种变形一直在两者之间进行,而不致使挡圈发生“挤出”现象。根据挡圈材料和结构形式的不同,其承压能力提高的程度也不同。当压力足够大时,挡圈也会产生“挤出”现象。

 

o型密封圈使用挡圈后,工作压力可以大大提高。静密封压力能提高到200~700MPa;动密封压力也能提高到40MPa。挡圈还有助于O形圈保持良好的润滑。如果单向受压,则在承受侧用一个挡圈;如果双向受压则用两个挡圈。对于静密封,内压在32MPa以下不用挡圈,超过此值用挡圈。使用挡圈后虽可防止O形圈发生“间隙咬伤”现象,但会增加密封装置的摩擦阻力。

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